洛塘河雙層高架特大橋效果圖
武罐高速公路洛塘河雙層高架特大橋位于甘肅南部峽谷地區(qū)，地處西秦嶺山地，高中山地貌，境內(nèi)山高谷深，溝谷狹窄，地層破碎，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動(dòng)頻繁且強(qiáng)度大，距離“5.12汶川特大地震”震源300公里，地震動(dòng)峰值加速度參數(shù)0.2g，生態(tài)環(huán)境脆弱，以滑坡、泥石流為主的地質(zhì)災(zāi)害極為發(fā)育且危害嚴(yán)重，是我省地形條件和地質(zhì)構(gòu)造最為復(fù)雜的地區(qū)。雙層高架橋具有節(jié)省空間、線形靈活的特點(diǎn)，可從空間上繞避不良地質(zhì)，最大可能地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減小橋墩阻水面積，在地形狹窄、地質(zhì)復(fù)雜、河道彎曲、洪水量大、橋墩阻水嚴(yán)重的特定條件下，相對(duì)于常規(guī)高速公路橋梁具有較大優(yōu)勢(shì)，是山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)方案的一種必然選擇。根據(jù)對(duì)國內(nèi)外雙層高架橋梁的調(diào)查分析，已建和在建的雙層橋梁大都位于城市及近郊，雙層橋梁對(duì)于減少占用土地、改善路線線形、發(fā)揮橋梁最大限度的跨越功能具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，而在深山峽谷地區(qū)、高地震烈度地區(qū)的高速公路上，尚未見到雙層高架橋梁的相關(guān)報(bào)道，洛塘河雙層高架橋在國內(nèi)外屬首例。1989年，美國洛馬·普里埃塔地震致使舊金山的塞普里斯雙層高架橋梁發(fā)生嚴(yán)重震害，長度800米的上層公路橋橋面因框架墩柱斷裂而塌落在下層橋面上，上層框架完全毀壞。本項(xiàng)目所在地距離震源汶川300公里，也是我省受災(zāi)最重的地區(qū)之一，因此在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，充分吸取震害經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)地震產(chǎn)生機(jī)理、地震動(dòng)特性以及地震作用下各類結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特性、破壞機(jī)理、構(gòu)件能力的研究，通過加強(qiáng)抗震設(shè)防意識(shí)，改進(jìn)相關(guān)構(gòu)造，減少地震破壞損失。在雙層高架橋梁的設(shè)計(jì)中，上下墩柱作為延性構(gòu)件設(shè)計(jì)，上下墩柱抗剪按照能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)，上下橫梁、節(jié)點(diǎn)按照能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)，同時(shí)還進(jìn)行了雙層高架橋單墩大比例尺寸模型的橫向偽推力橫向推倒試驗(yàn)，確保結(jié)構(gòu)安全，這也是本項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)研究的一個(gè)方面。雙層高架橋較常規(guī)橋梁施工工藝要求高、工序多，施工技術(shù)復(fù)雜。本項(xiàng)目還進(jìn)行了運(yùn)營期間搶險(xiǎn)救災(zāi)方案及應(yīng)急處理方案研究，對(duì)可能遇到的各種不利因素進(jìn)行分析，確定各種預(yù)防措施及應(yīng)急處理方案，確保橋梁在運(yùn)營期間的安全。
洛塘河雙層高架橋位于武都區(qū)楓相鄉(xiāng)，橋址區(qū)線路順洛塘河展布，為“v”型峽谷，河道彎曲，地形狹窄，岸坡陡峻。本橋平面縱面均位于連續(xù)曲線上，最小平曲線半徑350m、最大超高橫坡6%、最大縱坡1.96%。左線橋梁總長1500m、右線橋梁總長1200m，其中雙層高架橋梁部分長度960m，其余部分均為分離式橋梁。左線在上層、右線在下層，兩線設(shè)計(jì)標(biāo)高之差9.50m。本橋橋梁高度達(dá)30m、左右墩柱高度差別較大，上下層橋梁均采用簡支轉(zhuǎn)連續(xù)體系，跨徑選用30m預(yù)應(yīng)力混凝土組合小箱梁，分離式橋梁部分采用雙柱式橋墩，矩形截面，上下疊置部分橋梁雙層框架式橋墩（最大墩高27m），兩處獨(dú)柱式橋墩（最大墩高17m），基礎(chǔ)為鉆孔灌注嵌巖樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)為重力式u型橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。
工程創(chuàng)新：
1、洛塘河雙層高架橋梁結(jié)構(gòu)選型新穎獨(dú)特，具有原創(chuàng)性，在國內(nèi)外屬首例。該橋橋位區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜、滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、地震烈度高、河道洪水大，在如此困難條件下，洛塘河雙層高架橋從路線布置、橋型比選、跨徑選擇、框架橋墩選型等方面獨(dú)具匠心，體現(xiàn)了安全、環(huán)保、創(chuàng)新的理念。
2. 雙層高架橋橋墩擬靜力試驗(yàn)研究技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先。山區(qū)公路雙層高架橋通常屬于典型的非規(guī)則橋梁，山區(qū)雙層高架橋橋墩高，高階振型對(duì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)及位移延性能力有顯著的影響；橋墩在遭受橫向地震作用時(shí)，受力非常復(fù)雜，結(jié)構(gòu)潛在的塑性鉸區(qū)域可能多達(dá)8個(gè)，因此其設(shè)計(jì)超出了現(xiàn)有國內(nèi)外抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的應(yīng)用范圍。基于以上背景，本研究針對(duì)洛塘河雙層高架特大橋進(jìn)行了縮尺模型的擬靜力試驗(yàn)，研究了低周反復(fù)荷載作用下雙層高架橋的破壞形態(tài)、特征荷載、位移延性、剛度退化、耗能能力等性能進(jìn)行了深入分析和討論，同類型橋梁橋墩擬靜力試驗(yàn)研究技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先。
3. 雙層高架橋抗震性能研究實(shí)屬首次。針對(duì)洛塘河雙層高架特大橋設(shè)計(jì)方案，建立了空間動(dòng)力計(jì)算模型，研究了該結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，采用反應(yīng)譜和時(shí)程分析方法，分析得到了兩個(gè)設(shè)防水準(zhǔn)的地震作用下結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件（含基礎(chǔ)）的地震反應(yīng)，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)算，確定了墩柱的合理配筋。由于墩柱截面的初始配筋率較高，在p1概率的地震作用下，墩梁各截面的抗彎承載力富余較大。同時(shí)橋墩與蓋梁和基礎(chǔ)的能力需求比基本相等，不符合抗震設(shè)計(jì)的“能力保護(hù)”思想，需要適當(dāng)降低墩柱的配筋率。將墩柱的配筋率降至1.05%時(shí)，分析發(fā)現(xiàn)，在p1概率地震水平下，上下墩柱、蓋梁和樁基的所有截面，能力需求比均大于1.0，滿足抗震規(guī)范的要求。在p2概率的地震作用下，墩柱截面進(jìn)入塑性，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的非線性時(shí)程分析發(fā)現(xiàn)，除墩柱進(jìn)入塑性外，蓋梁和樁基礎(chǔ)均保持彈性，滿足設(shè)計(jì)要求。
4. 雙層高架橋減隔震研究亦屬首次。針對(duì)洛塘河雙層高架特大橋設(shè)計(jì)方案，建立了空間動(dòng)力計(jì)算模型，研究了采用減隔震設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的抗震性能，墩柱和樁基礎(chǔ)的內(nèi)力減震效果顯著，特別是橫橋向，減隔震后支座位移達(dá)0.204m；因此擋塊應(yīng)預(yù)留足夠間隙，以使減震效果正常發(fā)揮。
5.雙層高架橋梁運(yùn)營安全性的考慮
車輛行駛在雙層高架橋梁上，下層橋梁行駛車輛容易產(chǎn)生心理壓迫、視線阻隔等感覺，因此，雙層橋梁長度不宜過大，對(duì)在施工及運(yùn)營過程中，出現(xiàn)的各種緊急情況，應(yīng)做好應(yīng)急處理措施。主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
⑴.橋梁港灣式緊急停車帶
山區(qū)高速公路橋隧比例高，運(yùn)營期間出現(xiàn)緊急情況時(shí)，需要一定數(shù)量的緊急停車帶以供停車救援，因此必須在橋梁上設(shè)置港灣式緊急停車帶，停車帶長度30m，漸變段長度兩側(cè)各15m，停車帶加寬寬度2.5m。雙層高架橋上層橋梁可以通過增加相鄰三個(gè)墩的上蓋梁懸臂設(shè)置港灣式緊急停車帶，下層橋梁若在框架式橋墩內(nèi)設(shè)置停車帶會(huì)增加框架跨度，一般選擇在分離式橋梁部分設(shè)置港灣式緊急停車帶。洛塘河雙層高架橋梁上下層各設(shè)置了兩處港灣式緊急停車帶。
⑵.防火措施
當(dāng)下層橋梁遇到火災(zāi)等情況時(shí)，除了有高速公路交通工程消防設(shè)施的配置以外，還應(yīng)該提高結(jié)構(gòu)自身的防火能力，洛塘河雙層高架橋梁是在上層箱梁的底部及側(cè)面、上層蓋梁的底部及側(cè)面、墩柱的內(nèi)層涂刷消防涂料，提高結(jié)構(gòu)防火能力。
⑶.橋墩防撞設(shè)施
山區(qū)橋梁位于河道和陡坡上的橋墩經(jīng)常受到山坡滾石的撞擊，在橋梁設(shè)計(jì)中，一般先清除橋位兩岸山坡上的孤石、懸石，以免石頭滾落到橋面上或者沖撞橋墩；對(duì)距離較近山體采用主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)在橋墩底部3—5m高度范圍設(shè)置鋼筋混凝土防撞套筒，套筒與橋墩之間設(shè)置5cm厚橡膠緩沖層，以吸收撞擊能量。
技術(shù)難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
擬建項(xiàng)目位于甘肅省東南部，屬秦嶺山地。路線受地形、工程地質(zhì)條件、白龍江及現(xiàn)有g(shù)212公路和沿線村鎮(zhèn)等眾多因素影響，橋隧相連，工程艱巨，技術(shù)復(fù)雜，主要特點(diǎn)如下：
1、地形條件、地質(zhì)條件復(fù)雜，沿線不良地質(zhì)分布較廣，主要表現(xiàn)有斷層、構(gòu)造大斷裂、滑坡、崩塌、泥石流等。
2、路線沿河谷布設(shè)走廊狹窄，沿線干擾物眾多，路線平面布設(shè)困難?？v面設(shè)計(jì)受白龍江河洪水位、現(xiàn)有g(shù)212公路高程控制。
3、總體方案復(fù)雜、橋隧比例大、橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣。洛塘河雙層高架橋具有節(jié)省空間、線形靈活的特點(diǎn)，可從空間上繞避不良地質(zhì)，最大可能地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減小橋墩阻水面積，在地形狹窄、地質(zhì)復(fù)雜、河道彎曲、洪水量大、橋墩阻水嚴(yán)重的特定條件下，相對(duì)于常規(guī)高速公路橋梁具有較大優(yōu)勢(shì)，是山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)方案的一種必然選擇。
4、本路段隧道較多，穿過區(qū)域地形復(fù)雜，巖性多變，受地形條件限制，部分隧道斷面無法采用分離，需設(shè)置連拱隧道。
5、本項(xiàng)目隧道多，且基本為隧道群，隧道的監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)、防災(zāi)救援等是隧道機(jī)電的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。
6、土地資源貧乏，水土流失嚴(yán)重。